鎳基合金的焊接知識(shí)

1. 概述

鎳及鎳基合金是隨著航空、宇航、核能和石油化工工業(yè)的興起而迅速發(fā)起來(lái)的?，F(xiàn)已成為上述工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的重要材料。鎳基合金具有獨(dú)特的物理、力學(xué)和耐腐蝕性能，同時(shí)具有良好的高溫、低溫特性，更有優(yōu)越的加工性能。

 

鐵鎳基合金含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%以上的鎳，而Fe、Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)于50%，其組織和性能與鎳基合金相似，一般也使用鎳基合金作為填充材料。故將這兩類(lèi)合金一并討論。

 

 

2. 常見(jiàn)母材分類(lèi)、牌號(hào)及性能

 

2.1 分類(lèi)

 

鎳可以與一些耐蝕性?xún)?yōu)良的元素形成固溶體，而且固溶度較大。因此，可根據(jù)實(shí)際需要，加入不同的合金元素，得到具有不同耐腐蝕性能的一系列鎳基合金。

 

按成分分類(lèi) ，分為Ni-Cr、Ni-Cr-Mo、Ni-Mo合金等等。

按用途分類(lèi) ，分為耐腐蝕鎳基合金和耐熱鎳基合金，其中耐腐蝕鎳基合金又可分為耐氧化性介質(zhì)鎳基合金及耐還原性介質(zhì)鎳基合金，等等。

 

2.2 常用鎳基合金的牌號(hào)及性能

 

中、美、俄羅斯各國(guó)都有自己的編號(hào)方法，可以查閱有關(guān)手冊(cè)。其中美國(guó)鎳基合金的種類(lèi)較多，較全面。本文試圖選擇有代表性的材料進(jìn)行介紹。

 

純鎳

200合金201合金都是工業(yè)純的鍛造Ni，力學(xué)性能良好，尤其塑、韌性?xún)?yōu)良。兩種合金的區(qū)別在于，201合金具有極低的含碳量，因此不易出現(xiàn)高溫脆性。

 

200合金201合金主要用于鹵族氣體、非氧化性鹽類(lèi)、有機(jī)酸等設(shè)備和部件。

 

Ni-Cu合金

Ni-Cu合金也稱(chēng)蒙乃爾合金（即美國(guó)Monel型合金）。是*著名的鎳基合金。包括400和500兩個(gè)系列，*常用的是Monel400，其成分范圍為：Ni〉63%，Cu=28~34%。

Ni-Cu合金在氫氟酸和氟氣中具有優(yōu)異的耐蝕性，在所有的強(qiáng)堿中也是高度耐蝕的；在非氧化性的無(wú)機(jī)酸和大多數(shù)有機(jī)酸中有相當(dāng)?shù)哪臀g能力；在工業(yè)大氣、流動(dòng)的海水、氯化物溶液、玻璃腐蝕介質(zhì)中也有良好的耐蝕性。

Ni-Cu合金具有良好的冷、熱加工性能。Monel400的熱加工溫度為650~1180℃，其退火溫度為760~930℃。

 

Ni-Cr、Ni-Cr-Fe合金

這兩類(lèi)合金中由于含有較高的Cr（一般在15%以上），在高溫下具有較高的強(qiáng)度和抗氧化能力。有一部分還同時(shí)加入Al、Ti、Nb等合金元素，可以時(shí)效強(qiáng)化。這兩類(lèi)合金對(duì)工業(yè)大氣、海水有良好的耐蝕性，對(duì)氧化性酸如硝酸、鉻酸含氧化性鹽的酸性溶液都耐蝕，還耐強(qiáng)堿溶液的腐蝕。但在氯化物溶液中易發(fā)生點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕。

Ni-Cr-Fe合金的典型牌號(hào)有Inconel 600和NS 312合金，耐高溫氧化性介質(zhì)腐蝕。Inconel690（NS315）是在Inconel 600的基礎(chǔ)上降C、增Cr而發(fā)展起來(lái)的。它耐氯化物及高溫高壓水的腐蝕。耐氧化性介質(zhì)及HNO3-HF混酸腐蝕。X-750屬于時(shí)效強(qiáng)化型Ni-Cr-Fe合金，可抗氧化性介質(zhì)腐蝕，又耐沖蝕。

 

Ni-Mo 

見(jiàn)哈氏合金。

 

Ni-Cr-Mo 

因?yàn)楹休^高的Cr和Mo，既耐還原性介質(zhì)腐蝕又耐氧化性介質(zhì)腐蝕。典型牌號(hào)有國(guó)產(chǎn)NS336，對(duì)應(yīng)的國(guó)外牌號(hào)是Inconel 625。耐氯離子氧化-還原復(fù)合腐蝕，耐海水腐蝕，且熱強(qiáng)度高。

 

鐵鎳基耐高溫耐蝕合金

鐵鎳基耐高溫耐蝕合金是介于高Ni奧氏體不銹鋼和鎳基耐蝕合金的中間牌號(hào)。以鐵為基，主要元素為Ni和Cr，其中Ni含量高于一般奧氏體不銹鋼，同時(shí)含有Al、Ti、Nb等沉淀強(qiáng)化元素。

這類(lèi)合金的國(guó)內(nèi)牌號(hào)有NS111、NS112，國(guó)外牌號(hào)為Incoloy800，Incoloy800H，Incoloy800HT。具有良好的耐高溫氣體（H2+H2S）腐蝕性能，特別是具有較高的高溫蠕變強(qiáng)度。

 

2.3 Hastelloy (哈氏)合金系列

 

美國(guó)哈氏合金是世界領(lǐng)先的高合金開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)商。它的主要產(chǎn)品是鎳基耐腐蝕合金，共有三大系列，即B系列、C系列和G系列。

C系列哈氏合金

對(duì)照下表，可以看出C系列合金既含合金元素Cr、又含有Mo元素，因此C系列合金無(wú)論是在氧化性的環(huán)境中還是在還原性的環(huán)境中都有優(yōu)異的表現(xiàn)。同時(shí)，C系列合金對(duì)于鹵素離子（氯、溴等）引起的局部腐蝕和應(yīng)力腐蝕有極好的抵抗能力。

C系列中，*經(jīng)典的產(chǎn)品有C-276，使用量*廣。

 

C-22合金是C-276的升級(jí)產(chǎn)品，C-22在絕大多數(shù)環(huán)境中，其耐腐蝕性能都優(yōu)于C-276，國(guó)外偏向于用C-22替代C-276。

Hastelloy C-2000 是C系列中*優(yōu)的合金，高的合金元素成分（23 Cr 16 Mo）使其無(wú)論是在氧化還是在還原環(huán)境中都有無(wú)與倫比的抵抗能力。

 

B系列哈氏合金

 

代表性的產(chǎn)品是HastelloyB-3合金。HastelloyB-3合金是鎳鉬合金家族中的一個(gè)新成員，對(duì)于任何溫度和濃度的鹽酸都有極好的耐腐蝕性。同時(shí)它對(duì)于硫酸、醋酸、食品級(jí)磷酸及其它不具有氧化性的介質(zhì)也具有良好的抗腐蝕性。但無(wú)法使用在含有氧化（Fe3+、Cu2+）介質(zhì)的環(huán)境當(dāng)中。    

G系列哈氏合金

 

由于高的Cr含量，使其對(duì)于磷酸以及許多的強(qiáng)氧化性混合酸介質(zhì)環(huán)境，如硝酸+鹽酸、硝酸+氫氟酸、硫酸等，比其它多數(shù)鎳基合金和鐵基合金更具卓越的抗腐蝕性。

如G-30合金在強(qiáng)氧化性的環(huán)境中表現(xiàn)非常出色。一定的Mo含量對(duì)于氯離子引起的局部腐蝕和應(yīng)力腐蝕有極好的抵抗能力。G-35含有更多的合金元素，因此，在抗腐蝕和熱穩(wěn)定性方面都比G-30合金更優(yōu)越。